Optik tizimlarning fokus uzunligini aniqlash va tekshirish usullari

1.Optik tizimlarning fokus uzunligi

Fokus uzunligi optik tizimning juda muhim ko'rsatkichidir, fokus uzunligi tushunchasi uchun biz ko'proq yoki kamroq tushunchaga egamiz, biz bu erda ko'rib chiqamiz.
Parallel yorug'lik tushganda optik tizimning optik markazidan nurning fokusigacha bo'lgan masofa sifatida aniqlangan optik tizimning fokus uzunligi optik tizimdagi yorug'lik kontsentratsiyasi yoki divergensiyasining o'lchovidir. Ushbu kontseptsiyani tasvirlash uchun biz quyidagi diagrammadan foydalanamiz.

Yuqoridagi rasmda chap uchidan tushgan parallel nur optik tizimdan o'tgandan so'ng tasvir fokusiga F' yaqinlashadi, yaqinlashuvchi nurning teskari kengaytma chizig'i tushayotgan parallel nurning mos keladigan kengaytma chizig'i bilan kesishadi. nuqta va bu nuqtadan o'tgan va optik o'qga perpendikulyar bo'lgan sirt orqa asosiy tekislik deb ataladi, orqa asosiy tekislik optik o'q bilan P2 nuqtasida kesishadi, bu asosiy nuqta (yoki optik markaz nuqtasi) deb ataladi. asosiy nuqta va tasvir fokusi orasidagi masofa, bu biz odatda fokus uzunligi deb ataladigan narsadir, to'liq ism tasvirning samarali fokus uzunligi.
Rasmdan shuni ham ko'rish mumkinki, optik tizimning oxirgi yuzasidan tasvirning F' fokus nuqtasigacha bo'lgan masofa orqa fokus uzunligi (BFL) deb ataladi. Shunga mos ravishda, agar parallel nur o'ng tomondan tushsa, samarali fokus uzunligi va oldingi fokus uzunligi (FFL) tushunchalari ham mavjud.

2. Fokus uzunligini tekshirish usullari

Amalda optik tizimlarning fokus uzunligini tekshirish uchun ko'plab usullar mavjud. Turli printsiplarga asoslanib, fokus masofasini tekshirish usullarini uchta toifaga bo'lish mumkin. Birinchi toifa tasvir tekisligining holatiga asoslanadi, ikkinchi toifa fokus uzunligi qiymatini olish uchun kattalashtirish va fokus uzunligi o'rtasidagi bog'liqlikdan foydalanadi va uchinchi toifa fokus uzunligi qiymatini olish uchun yaqinlashuvchi yorug'lik nurining to'lqin old egri chizig'idan foydalanadi. .
Ushbu bo'limda biz optik tizimlarning fokus uzunligini sinash uchun keng tarqalgan usullar bilan tanishamiz:

2.1Collimator usuli

Optik tizimning fokus uzunligini sinash uchun kollimatordan foydalanish printsipi quyidagi diagrammada ko'rsatilgan:

Rasmda sinov namunasi kollimatorning diqqat markazida joylashgan. Sinov naqshining balandligi y va fokus masofasi f_ckollimatorlar ma'lum. Kollimator tomonidan chiqarilgan parallel nur sinalgan optik tizim tomonidan birlashtirilib, tasvir tekisligida tasvirlangandan so'ng, optik tizimning fokus masofasini tasvir tekisligidagi sinov naqshining y' balandligidan kelib chiqib hisoblash mumkin. Sinov qilingan optik tizimning fokus uzunligi quyidagi formuladan foydalanishi mumkin:

2.2 GaussMusul
Optik tizimning fokus uzunligini sinash uchun Gauss usulining sxematik shakli quyida ko'rsatilgan:

Rasmda tekshirilayotgan optik tizimning old va orqa asosiy tekisliklari mos ravishda P va P' shaklida, ikkita asosiy tekislik orasidagi masofa d ga teng._P. Bu usulda d ning qiymati_Pma'lum deb hisoblanadi yoki uning qiymati kichik va e'tiborga olinmaydi. Ob'ekt va qabul qiluvchi ekran chap va o'ng uchlarida joylashtiriladi va ular orasidagi masofa L sifatida qayd etiladi, bu erda L tekshirilayotgan tizimning fokus uzunligidan 4 baravar ko'p bo'lishi kerak. Sinov qilinayotgan tizim mos ravishda 1-pozitsiya va 2-pozitsiya sifatida belgilangan ikkita pozitsiyaga joylashtirilishi mumkin. Chapdagi ob'ektni qabul qiluvchi ekranda aniq tasvirlash mumkin. Ushbu ikki joy orasidagi masofani (D bilan belgilanadi) o'lchash mumkin. Konjugat munosabatlariga ko'ra, biz quyidagilarni olishimiz mumkin:

Ushbu ikkita pozitsiyada ob'ektning masofalari mos ravishda s1 va s2 sifatida qayd etiladi, keyin s2 - s1 = D. Formulalarni chiqarish orqali biz optik tizimning fokus uzunligini quyidagi tarzda olishimiz mumkin:

2.3Lenzometr
Lensometr uzoq fokusli optik tizimlarni sinash uchun juda mos keladi. Uning sxematik ko'rinishi quyidagicha:

Birinchidan, sinov ostidagi linzalar optik yo'lga joylashtirilmaydi. Chap tomonda kuzatilgan nishon kollimatsiya qiluvchi linzadan o'tadi va parallel nurga aylanadi. Parallel yorug'lik fokus uzunligi f bo'lgan konverging linzalari tomonidan birlashtiriladi₂va mos yozuvlar tasvir tekisligida aniq tasvirni hosil qiladi. Optik yo'l kalibrlangandan so'ng, tekshirilayotgan linzalar optik yo'lga joylashtiriladi va tekshirilayotgan linzalar va yaqinlashtiruvchi linzalar orasidagi masofa f ga teng.₂. Natijada, tekshirilayotgan linzaning ta'siri tufayli yorug'lik nuri qayta yo'naltiriladi, bu tasvir tekisligi holatining siljishiga olib keladi, natijada diagrammadagi yangi tasvir tekisligi holatida aniq tasvir paydo bo'ladi. Yangi tasvir tekisligi va yaqinlashuvchi linzalar orasidagi masofa x bilan belgilanadi. Ob'ekt-tasvir munosabatlariga asoslanib, tekshirilayotgan linzaning fokus uzunligini quyidagicha xulosa qilish mumkin:

Amalda, linzaometr ko'zoynak linzalarining yuqori fokusli o'lchovlarida keng qo'llanilgan va oddiy operatsiya va ishonchli aniqlik afzalliklariga ega.

2.4 AbbeRefraktometr

Abbe refraktometri optik tizimlarning fokus uzunligini tekshirishning yana bir usuli hisoblanadi. Uning sxematik ko'rinishi quyidagicha:

Sinov qilinayotgan ob'ektivning ob'ekt yuzasi tomoniga turli balandlikdagi ikkita o'lchagichni qo'ying, ya'ni 1-shkala plitasi va 2-shkala plitasi. Tegishli o'lchov plitalarining balandligi y1 va y2. Ikki tarozi plitasi orasidagi masofa e, o‘lchagichning yuqori chizig‘i bilan optik o‘qi orasidagi burchak u ga teng. Masshtablangan linzalar fokus uzunligi f bo'lgan sinovdan o'tgan ob'ektiv tomonidan tasvirlangan. Mikroskop tasvir sirtining oxirida o'rnatilgan. Mikroskopning o'rnini siljitish orqali ikkita o'lchov plitasining yuqori tasvirlari topiladi. Bu vaqtda mikroskop va optik o'q orasidagi masofa y bilan belgilanadi. Ob'ekt-tasvir munosabatlariga ko'ra, biz fokus uzunligini quyidagicha olishimiz mumkin:

2.5 Muar defektometriyasiUsul
Moire deflektometriya usuli parallel yorug'lik nurlarida Ronchi qarorlarining ikkita to'plamidan foydalanadi. Ronchi qarori shisha taglikka yotqizilgan metall xrom plyonkaning panjara shaklidagi naqshidir, odatda optik tizimlarning ishlashini sinash uchun ishlatiladi. Usul optik tizimning fokus uzunligini sinab ko'rish uchun ikkita panjara tomonidan yaratilgan Moire chekkalarining o'zgarishidan foydalanadi. Prinsipning sxematik diagrammasi quyidagicha:

Yuqoridagi rasmda kuzatilgan ob'ekt kollimatordan o'tib, parallel nurga aylanadi. Optik yo'lda, avval sinovdan o'tgan linzani qo'shmasdan, parallel nurlar siljish burchagi th va panjara oralig'i d bo'lgan ikkita panjaradan o'tib, tasvir tekisligida Moir chekkalari to'plamini hosil qiladi. Keyin, sinovdan o'tgan linza optik yo'lga joylashtiriladi. Asl kollimatsiyalangan yorug'lik, linzalar tomonidan singandan so'ng, ma'lum bir fokus uzunligini hosil qiladi. Nur nurining egrilik radiusini quyidagi formuladan olish mumkin:

Odatda sinov ostidagi linzalar birinchi panjaraga juda yaqin joylashtiriladi, shuning uchun yuqoridagi formuladagi R qiymati linzalarning fokus uzunligiga mos keladi. Ushbu usulning afzalligi shundaki, u musbat va manfiy fokus uzunligi tizimlarining fokus uzunligini sinab ko'rishi mumkin.

2.6 OptikFiberAutokollimatsiyaMusul
Ob'ektivning fokus uzunligini sinash uchun optik tolali avtokollimatsiya usulidan foydalanish printsipi quyidagi rasmda ko'rsatilgan. U sinovdan o'tayotgan linzadan o'tib, so'ngra tekis oynaga o'tadigan divergent nurni chiqarish uchun optik tolalardan foydalanadi. Rasmdagi uchta optik yo'l optik tolaning mos ravishda fokus ichidagi, fokus ichidagi va fokusdan tashqaridagi sharoitlarini ifodalaydi. Sinov ostidagi linzaning o'rnini oldinga va orqaga siljitish orqali siz tolalar boshining diqqat markazidagi holatini topishingiz mumkin. Bu vaqtda nur o'z-o'zidan to'planadi va tekis oynada aks etgandan so'ng, energiyaning katta qismi tola boshi holatiga qaytadi. Usul printsipial jihatdan sodda va amalga oshirish oson.

3. Xulosa

Fokus uzunligi optik tizimning muhim parametridir. Ushbu maqolada biz optik tizimning fokus uzunligi tushunchasini va uning sinov usullarini batafsil bayon qilamiz. Sxematik diagramma bilan birgalikda biz fokus uzunligining ta'rifini tushuntiramiz, shu jumladan tasvir tomoni fokus uzunligi, ob'ekt tomoni fokus uzunligi va old-orqa fokus uzunligi tushunchalari. Amalda optik tizimning fokus uzunligini tekshirishning ko'plab usullari mavjud. Ushbu maqolada kollimator usuli, Gauss usuli, fokus uzunligini o'lchash usuli, Abbe fokus uzunligini o'lchash usuli, Moire burilish usuli va optik tolali avtokollimatsiya usulining sinov tamoyillari keltirilgan. Ishonamanki, ushbu maqolani o'qib, siz optik tizimlardagi fokus uzunligi parametrlarini yaxshiroq tushunasiz.